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2009 Fiscal Year Annual Research Report

津波・洪水氾濫流による物体変形と輸送に関する3次元マルチフェイズ数値解法

Research Project

Project/Area Number 20560478
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

牛島 省  Kyoto University, 学術情報メディアセンター, 教授 (70324655)

Keywords数値流体力学 / 氾濫流 / 流体力 / 混相流 / 並列計算
Research Abstract

(1)固体の大変形をEuler的に扱う流体・固体連成計算法の構築
流れ場に存在する線形弾性体の有限変形を扱うことを目的として、固体の大変形をEuler的に扱う流体・固体連成計算法を構築した。このために、Euler型の固体の運動方程式と構成則を導出し、これまで開発してきた多相場の解法(MICS)に導入した。この解法により、従来のLagrange解法ではメッシュ破綻のおそれがある固体の大変形問題を扱えるようになった。比較的取り扱いが容易な速度形の応力増分型を利用して、内力の計算を行うモデルを導入し、片持ばりの大変形問題や振動応答、また2次元および3次元場におはる可逆性など、基本的な問題に適用して,その妥当性を確認した。さらに,3次元流体中の複雑形状物体の有限変形を本手法で計算できることを示した。
(2)捕捉された流木群の流水抵抗を評価する数値計算法の構築
洪水時・河川増水時において流木の被害が、多々報告されている。例えば,流木が橋梁に集積し倒壊させたり、取水堰などに流木が詰まり取水・放水機能を低下させたといった事例が報告されている。これらの流木災害は、流木の発生、運搬、堆積といった過程で生じる。本年度は、捕捉された流木群の流れ場に与える流水抵抗や堰上げ効果に着目し、これを数値的に評価する手法を構築した。この解法では、多相場の解法であるMICSをベースとして、流木を四面体要素から構成されるものとし、流木と構造物の衝突判定には、個別要素法で用いられる接触判定球を利用して、これらの接触判定処理を並列化することで計算速度の向上を図った。独立行政法人土木研究所が実施した水理実験を対象に、本計算手法を適用した結果、流木群の上流側の水深が増加する堰上げ効果や、流水抵抗が良好に再現されることが確認された。
(3)研究成果の公表
21年度の研究成果を国内・国外の学会発で公表するとともに、複数の査読付き論文に投稿して・研究結果が社会に広く役立つように広報活動を進めた。

  • Research Products

    (17 results)

All 2010 2009

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] 柔軟な構造体を有するダクト流れの数値計算2010

    • Author(s)
      黒田望, 牛島省
    • Journal Title

      水工学論文集 54

      Pages: 1165-1170

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 一般座標系を用いた自由液面を有するビンガム塑性流体の数値解析手法2010

    • Author(s)
      永井克明, 牛島省
    • Journal Title

      水工学論文集 54

      Pages: 1183-1188

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 流木群の集積による流水抵抗の3次元数値計算2010

    • Author(s)
      中村元太, 牛島省, 黒田望, 永井克明
    • Journal Title

      水工学論文集 54

      Pages: 1171-1176

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 流体と線形弾性体の有限変形に対する連成解析手法2009

    • Author(s)
      黒田望, 牛島省
    • Journal Title

      応用力学論文集 12

      Pages: 117-125

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 弾性体群に作用する波動流れの流体力に関する3次元数値解析2009

    • Author(s)
      中村元太, 吉川教正, 牛島省, 黒田望
    • Journal Title

      応用力学論文集 12

      Pages: 691-699

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 3D Numerical prediction for interaction between free-surface flows and elastic bodies with MICS and finite element method2009

    • Author(s)
      S.Ushijima, N.Kuroda
    • Journal Title

      Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering 27

      Pages: 37-48

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Numerical prediction for fluid forces acting on 3D complicated-shaped objects in free-surface flows2009

    • Author(s)
      S.Ushijima, N.Yoshikawa, N.Yoneyama
    • Journal Title

      Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering 27

      Pages: 23-35

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 3D Numerical prediction for transportation and entrapment of driftwood with T-type solid model2009

    • Author(s)
      S.Ushijima, O.Makino, N.Yoshikawa
    • Journal Title

      Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering 27

      Pages: 11-21

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 柔軟構造体の抵抗則に関する弾性の影響2009

    • Author(s)
      黒田望, 牛島省, 永井克明
    • Organizer
      第23回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      仙台市民会館
    • Year and Date
      2009-12-18
  • [Presentation] 流木群に関する流水抵抗の数値計算2009

    • Author(s)
      中村元太, 牛島省, 黒田望, 永井克明
    • Organizer
      第23回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      仙台市民会館
    • Year and Date
      2009-12-18
  • [Presentation] 浅いダム内における流れの不安定性の数値計算2009

    • Author(s)
      牛島省, S.A.Kantoush, 角哲也, A.J.Schleiss
    • Organizer
      第23回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      仙台市民会館
    • Year and Date
      2009-12-18
  • [Presentation] 自由水面に落下する柔軟構造物の数値解析2009

    • Author(s)
      黒田望, 牛島省
    • Organizer
      日本機械学会第22回計算力学講演会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
    • Year and Date
      2009-10-12
  • [Presentation] Numerical method to predict interactions between free-surface flows and elastic bodies2009

    • Author(s)
      S.Ushijima, N.Kuroda
    • Organizer
      Proceedings of Conf.On Modelling Fluid Flows(CMFF09)
    • Place of Presentation
      ハンガリー
    • Year and Date
      2009-09-15
  • [Presentation] 3次元流体中における柔軟物体の数値解析2009

    • Author(s)
      黒田望, 牛島省
    • Organizer
      第58会理論応用力学講演会
    • Place of Presentation
      日本学術会議
    • Year and Date
      2009-06-25
  • [Presentation] Computational method for fluid-forces acting on rigid and elastic objects2009

    • Author(s)
      N.Kuroda, S.Ushijima
    • Organizer
      Proceedings of 9th Int.Offshore and Polar Eng.
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2009-06-01
  • [Presentation] Multiphase modeling to predict finite deformations of elastic objects in free surface flows2009

    • Author(s)
      S.Ushijima, N.Kuroda
    • Organizer
      Fluid Structure Interaction V, WIT Press
    • Place of Presentation
      ギリシャ
    • Year and Date
      2009-05-23
  • [Presentation] 多相場の解法を用いる流体と柔軟構造物の連成解法2009

    • Author(s)
      黒田望, 牛島省
    • Organizer
      計算工学講演会
    • Place of Presentation
      東京大学生産技術研究所
    • Year and Date
      2009-05-13

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Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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